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微分積分の基本

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連続性と微分可能性

  • 連続性

    a は関数 fx の定義域に含まれるとする。

    limxafx が存在して、その値が fa に等しいとき、つまり、

    limxafx=fa ( limxa-0fx=limxa+0fx ) のとき、

    関数 fxx=a において連続である。

    区間 I 内の任意の点で、関数 fx が連続であるとき、

    関数 fx は区間 I で連続である。

    定義域の任意の点で、関数 fx が連続であるとき、

    関数 fx は連続関数である。

  • 微分可能性

    a は関数 fx の定義域に含まれるとする。

    x=a における微分係数 fa が存在し、有限の値をとるとき、つまり、

    fa=limh0fa+h-fah が有限の値で存在する ( limh-0fa+h-fah=limh+0fa+h-fah ) とき、

    関数 fxx=a において微分可能である。

    区間 I 内の任意の点で、関数 fx が微分可能であるとき、

    関数 fx は区間 I で微分可能である。

    定義域の任意の点で、関数 fx が微分可能であるとき、

    関数 fx は微分可能な関数である。

  • 連続性と微分可能性

    関数 fxx=a において微分可能であるなら、関数 fxx=a において連続である。

    関数 fxx=a において連続でないなら、関数 fxx=a において微分可能でない。

    関数 fxx=a において連続であっても、関数 fxx=a において微分可能とは限らない。

微分積分の基礎

  • 導関数

    y=fx が微分可能であるとき、関数 fx の導関数 fx (または dydx )は、

    fx=limh0fx+h-fxh
  • 微分

    y=fx が微分可能であるとする。

    x の微小な変化量が Δx のとき、y の微小な変化量 Δy は、

    Δy=fx+Δx-fx=fxΔx+οΔx ( οΔx はランダウの記号、Δx0 )

    Δx0 の極限で、x の無限小の増分を dx とすると、y の微分 dy は、

    dy=fxdx dy=dydxdx
  • 合成関数の導関数

    y=fu , u=gx のとき、合成関数 y=fgx の導関数は、

    dydx=dydududx
  • 置換積分

    x=gt と置換すると、

    fxdx=fgtdxdtdt
  • 部分積分 fxgxdx=fxgx-fxgxdx abfxgxdx=fxgxab-abfxgxdx

べき乗

  • 微分 ddxxn=nxn-1
  • 積分

    xndx=1n+1xn+1+C ( n-1 )

    1xdx=log|x|+C

三角関数

  • 基本的な関係 cos2x+sin2x=1
  • 微分 ddxsinx=cosx ddxcosx=-sinx
  • 微分方程式

    sinxcosx は次の微分方程式の特殊解

    d2dx2fx=-fx
  • 積分 sinxdx=-cosx+C cosxdx=sinx+C

双曲線関数(ハイパボリック関数)

  • 基本的な関係

    sinhx=ex-e-x2 , coshx=ex+e-x2

    cosh2x-sinh2x=1
  • 微分 ddxsinhx=coshx ddxcoshx=sinhx
  • 微分方程式

    sinhxcoshx は次の微分方程式の特殊解

    d2dx2fx=fx
  • 積分 sinhxdx=coshx+C coshxdx=sinhx+C

指数関数・対数関数

  • 基本的な関係

    y=exx=logy

  • 微分 ddxex=ex ddxlogx=1x
  • 微分方程式

    ex は次の微分方程式の特殊解

    ddxfx=fx
  • 積分 exdx=ex+C logxdx=xlogx-x1xdx=xlogx-x+C